(57)【要約】【課題】  Ａ相，Ｂ相磁気回路の間隔を短縮でき、そしてディテントトルクは低値に抑え得て軸方向の全長を短くでき、またＡ相，Ｂ相の磁気的な結合に起因したディテントトルクを抑制でき、Ａ相，Ｂ相の間での磁気的な結合の許容量を大きく得られて軸方向の全長をより短縮し得るステッピングモータを提供すること【解決手段】  ロータ２に誘導子３を放射状に配列し、それらの外周を囲んで多数の磁極６を配列させて界磁石とし、Ａ相，Ｂ相のステータ１ａ，１ｂはそれぞれ界磁石に対してコイル７を軸方向に連ねる。各相の誘導子３ａ，３ｂは、磁極と相対する表面形状を略三角形状に形成し、細幅側の先端が互いに突き出て所定にオーバーラップする位置関係にする。Ａ相，Ｂ相の誘導子の間には第３の誘導子８を設け、これは両ステータに関して磁気的な間隔が略中間となる位置に配列する。【選択図】        図１３
2007135318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに誘導子を放射状に配列し、それら誘導子の外周を囲んで永久磁石による多数の磁極を配列させて界磁石とし、Ａ相，Ｂ相２つのステータはそれぞれ界磁石に対してコイルを軸方向に連ねるステッピングモータであって、
回転中心に対する垂直面において、前記磁極が回転中心となす角αと、前記誘導子の表面が回転中心となす角βとの比を極対面比Ｚとし、当該極対面比Ｚは
Ｚ ＝ β／α
と定義するとき、
Ｚ  ＜  ０．５
となる設定にすることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
ロータに誘導子を放射状に配列し、それら誘導子の外周を囲んで永久磁石による多数の磁極を配列させて界磁石とし、Ａ相，Ｂ相２つのステータはそれぞれ界磁石に対してコイルを軸方向に連ねるステッピングモータにおいて、
前記誘導子は前記磁極と相対する表面形状を、周方向に非対称に突起部を有する段差形状とすることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項３】
ロータに誘導子を放射状に配列し、それら誘導子の外周を囲んで永久磁石による多数の磁極を配列させて界磁石とし、Ａ相，Ｂ相２つのステータはそれぞれ界磁石に対してコイルを軸方向に連ねるステッピングモータにおいて、
前記誘導子は前記磁極と相対する表面形状を、周方向で斜めに傾いた傾斜形状とすることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項４】
ロータに誘導子を放射状に配列し、それら誘導子の外周を囲んで永久磁石による多数の磁極を配列させて界磁石とし、Ａ相，Ｂ相２つのステータはそれぞれ界磁石に対してコイルを軸方向に連ねるステッピングモータにおいて、
前記誘導子は前記磁極と相対する表面形状を、軸線に沿って見て一方の端縁が細幅になる凸形状あるいは略三角形状とし、Ａ相，Ｂ相の両者で細幅側を向き合わせることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項５】
前記Ａ相誘導子と前記Ｂ相誘導子は、両者の向き合い端が隣り合うズレ位置で互いに突き出て所定にオーバーラップする位置関係の設定にすることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のステッピングモータ。
【請求項６】
前記ロータに第３の誘導子を設け、当該第３の誘導子は、Ａ相，Ｂ相の両ステータに関して磁気的な間隔が略中間となる位置に配列することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータに関するもので、より具体的には、ロータに誘導子を配列し、Ａ相，Ｂ相２つのステータはそれぞれ界磁石に対してコイルを軸方向に連ねるようにした２相構造における磁気回路の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラや小型カメラ付き携帯電話機などが普及しており、これらの製品は小型，軽量化の開発要求が特に高く、このためレンズ駆動等の駆動源には小型の駆動モータが求められている。
【０００３】
小型で小径化に適したステッピングモータには、例えば特許文献１や特許文献２などに開示されるように、ステータ側の各構成要素は軸方向で順に配置する構成とし、ロータの外周に位置する構成要素を減らすようにしたものが提案されている。一例を示すと、図１，図２に示すような構造を採る。同図は特許文献２に示された構成例であって、モータ構造の小径化のために、ロータ側に誘導子２１７，２１８を設け、永久磁石２１５，２１６はステータ側に配置して磁気回路を構成する。そして、この磁気回路の軸方向の両側に駆動ソレノイド巻線２１３，２１４を含む第１磁気回路と第２磁気回路との２つの磁気回路を対向させて配置するようにしている。
【０００４】
図１，図２において、２０７は第１磁気回路をなす円筒状の外側ヨーク、２０８は第１磁気回路をなす円筒状の内側ヨーク、２０９は外側ヨーク２０７と内側ヨーク２０８とを磁気的に連結する環状板ヨークであり、２１０は第２磁気回路をなす円筒状の外側ヨーク、２１１は第２磁気回路をなす円筒状の内側ヨーク、２１２は外側ヨーク２０７と内側ヨーク２０８とを磁気的に連結する環状板ヨークであり、これらは軟磁性材料により形成している。
【０００５】
永久磁石２１５，２１６は周方向にｎ分割して異なる極に交互に着磁してある。誘導子２１７，２１８は、軟磁性材料により形成し、非磁性材料による軸接続部材２１９を介して回転軸２２０に結合している。また、２つの永久磁石２１５，２１６は、周方向での着磁位置をずらしてあり、第１，第２磁気回路の両者が電気角で９０度の位相差をもつ電機子となるように設定している。２２１は非磁性材料からなるヨーク結合部材であり、軸接続部材２１９とともに第１，第２磁気回路の両者の距離を保ち、磁気的な結合を低減させるものとなっている。
【特許文献１】特開平１１−４１９０２
【特許文献２】特開２００５−２０４４５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、係る従来のステッピングモータでは以下に示すような問題がある。特許文献１や特許文献２などに示されたステッピングモータは、ロータの外周に位置する構成要素が少ないため小径化には適した構造ではあるが、駆動コイル等の構成要素は軸方向に連なることから、逆に軸方向の全長が長くなる問題がある。
【０００７】
また、軸方向でＡ相，Ｂ相磁気回路が連なる構成になるので、両者が磁気的に結合し、この結合による干渉があって出力特性が悪化する問題がある。このため、例えば特許文献２に見られるように、Ａ相磁気回路とＢ相磁気回路との間に非磁性体のスペーサを配置したり、あるいは間隔を大きく設定するなど、磁気的な結合を低減するようにした構成を採ることになる。しかしその場合は、軸方向の全長がさらに長くなってしまい、小型化のための解決にはならない。
【０００８】
ところで、図６に示す本発明に係る代表的な構成例を援用して説明するが、この種のステッピングモータ、つまりロータ２に誘導子３を配列し、２つのステータ（Ａ相，Ｂ相）がそれぞれ界磁石（永久磁石５）に対してコイル７を軸方向に連ねた２相構造を採る構成では、永久磁石５の磁極６と、これに相対するロータ２側の誘導子３との両者の対面関係が、トルク特性に相関する要素として重要であり、両者の対面関係は後述するように比率（極対面比Ｚ）として定義し、トルク特性を解析するためのパラメータにしている。
【０００９】
この極対面比Ｚをパラメータとして解析演算を実行し、ディテントトルクを求めると、図３に示すような特性が得られる。図３はＡ相，Ｂ相が単独に存在すると仮定した単相動作の解析であり、ディテントトルクは、
Ｚ ＝ ０．６
近辺で小値となり概ねゼロになることが知られている。このとき永久磁石５の磁化分布は、磁極６の表面において回転角に対してほぼ正弦波状であるものとしてあり、実際に多極の着磁で得られる磁化分布に近いと言える。なお、図３にはディテントトルクは規格化単位によりグラフ表示している。
【００１０】
次に、誘導子３を流れてコイル７と鎖交する磁束は単相動作の解析によれば、図４に示すように、極対面比Ｚの変化に対してあまり大きくは変化しない特性がある。図４に示す鎖交磁束はその振幅であり、この鎖交磁束振幅も解析上の規格化単位で表している。
【００１１】
電気角３６０度を基本周期とすると、磁気回路の対称条件からはディテントトルクは偶数次の高調波成分のみとなり、このうち２次と４次の高調波成分は比較的に振幅が大きくなり得るため影響が大きい。単相動作の解析によれば、ディテントトルクの２次成分と４次成分は図５に示すような特性となり、極対面比Ｚに対しては４次成分の振幅の変化は少なく、２次成分の振幅は極対面比Ｚが０．６近辺で正負が大きく変化し、トルクのゼロ点が存在する。
【００１２】
したがって、極対面比Ｚは主としてディテントトルクの２次成分に注目して設定する。通常の設計では極対面比Ｚは０．６程度に設定すれば、ディテントトルクの２次成分を最小値に抑えることができ、鎖交磁束も良好に得られて好ましい。ただし、これは永久磁石５の着磁が理想的であると仮定した解析解であるため、現実にはそのような着磁は行えなく、磁極６の着磁では途中に遷移領域ができる。その結果、極対面比Ｚは、ディテントトルクの２次成分がゼロになる値が変わり、それは０．５から０．６程度になる。
【００１３】
ディテントトルクの４次成分は、駆動コイルを励磁しない際に自己の停止位置を保持するように作用し、保持トルクとなる。これを積極的に利用するには、４次成分以外の他の高調波成分を十分に小さくしておく必要があり、誘導子３の停止位置が電気角で９０度間隔となるようにするためである。また、ステッピングモータを滑らかに回転させるには、ディテントトルクの４次成分も十分に小値にする必要があることも配慮したい。
【００１４】
２相モータの構造では、Ａ相，Ｂ相の互いを周方向に電気角で９０度ずらして構成することから、理論的な理想状態ではディテントトルクの２次成分は両相でちょうど逆相となり、同値で相似した波形になるので互いに打ち消し合って出力軸にはディテントトルクの２次成分が現れなくなる。しかし実際には、Ａ相，Ｂ相磁気回路の両者間で磁気的な結合があり、それを巡る磁束によってディテントトルクが発現する。
【００１５】
また、各相がディテントトルクの２次成分をもっていると、それらによってＡ相，Ｂ相の両者間には「ねじれトルク」は発生するので、不要な振動を起こしてしまう問題がある。このため、低振動化のためにも各相ではディテントトルクの２次成分をゼロとするように設計することが望ましい。
【００１６】
この発明は上述した課題を解決するもので、第１の目的は、ロータにＡ相，Ｂ相誘導子を連ねて配列する構成において、Ａ相，Ｂ相磁気回路の間隔を短縮でき、そしてディテントトルクは低値に抑え得て軸方向の全長を短くすることができるステッピングモータを提供することにある。
【００１７】
そして第２の目的は、ロータにＡ相，Ｂ相誘導子を連ねて配列する構成において、Ａ相，Ｂ相磁気回路の磁気的な結合に起因したディテントトルクを抑制でき、Ａ相，Ｂ相磁気回路の両者間での磁気的な結合の許容量を大きく得られて軸方向の全長をより短縮し得るステッピングモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記した第１の目的を達成するために、本発明に係るステッピングモータは、ロータに誘導子を放射状に配列し、それら誘導子の外周を囲んで永久磁石による多数の磁極を配列させて界磁石とし、Ａ相，Ｂ相２つのステータはそれぞれ界磁石に対してコイルを軸方向に連ねるステッピングモータであって、
回転中心に対する垂直面において、磁極が回転中心となす角αと、誘導子の表面が回転中心となす角βとの比を極対面比Ｚとし、当該極対面比Ｚは
Ｚ ＝ β／α
と定義するとき、
Ｚ  ＜  ０．５
となる設定にする。
【００１９】
また、誘導子としては、磁極と相対する表面形状を、周方向に非対称に突起部を有する段差形状とすることもよく、あるいは他に、周方向で斜めに傾いた傾斜形状としたり、軸線に沿って見て一方の端縁が細幅になる凸形状あるいは略三角形状として、Ａ相，Ｂ相の両者で細幅側を向き合わせることもよい。
【００２０】
また、Ａ相誘導子とＢ相誘導子は、両者の向き合い端が隣り合うズレ位置で互いに突き出て所定にオーバーラップする位置関係の設定にする。
【００２１】
そして、上記した第２の目的を達成するために、本発明に係るステッピングモータは、ロータに第３の誘導子を設け、当該第３の誘導子は、Ａ相，Ｂ相の両ステータに関して磁気的な間隔が略中間となる位置に配列する構成にするとよい。
【００２２】
係る構成にすることにより本発明では、磁極と誘導子との対面関係は比率（極対面比Ｚ）として定義するので、トルク特性の解析が容易であり、その極対面比Ｚを
Ｚ  ＜  ０．５
に設定することで、誘導子の周方向での幅を細幅にできる。このため、Ａ相誘導子とＢ相誘導子は、両者の向き合い端が隣り合うズレ位置で互いに突き出て所定にオーバーラップする位置関係に設定でき、このとき隣り合う両者は機械的に接触する位置関係にはならない。したがって、Ａ相，Ｂ相間で誘導子が重なり合った分だけ永久磁石の全長を短縮でき、当該モータの軸方向の全長を短縮することができる。また、極対面比Ｚを適正に設定するので、トルク特性を良好に保つことができ、ディテントトルクは低値に抑え得る。
【００２３】
そこで、Ａ相，Ｂ相誘導子としては、隣り合う両者で機械的な接触を避けた形態で、向き合い端が互いに突き出て所定にオーバーラップできればよい。したがって、誘導子の表面形状は、周方向に非対称に突起部を有する段差形状としてもよく、あるいは他に、周方向で斜めに傾いた傾斜形状としたり、軸線に沿って見て一方の端縁が細幅になる凸形状あるいは略三角形状として、Ａ相，Ｂ相の両者で細幅側を向き合わせたりしてもよい。
【００２４】
また、第３の誘導子を設けることでは、第３の誘導子は永久磁石をＡ相，Ｂ相磁気回路の両者と共有し、新たな第３磁気回路を構成するので、これはＡ相，Ｂ相とは磁気的に相互に結合することになる。このため、Ａ相，Ｂ相磁気回路の磁気的な結合によるディテントトルクを打ち消す向きに磁場を生成でき、出力として発現するディテントトルクは結果的には小値にすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るステッピングモータでは、Ａ相，Ｂ相誘導子の表面形状を適正に設定できるので、両者の向き合いは機械的な接触を避けた状態でオーバーラップさせることができ、間隔を狭めることができる。その結果、Ａ相，Ｂ相間で誘導子が重なり合った分だけ永久磁石の全長を短縮でき、細径化とともに軸方向の全長を短縮することができる。そして、極対面比Ｚを適正に設定するので、トルク特性を良好に保つことができ、ディテントトルクは低値に抑え得る。
【００２６】
また第２にはロータに第３の誘導子を設けるので、永久磁石を共有する形態で新たな第３磁気回路を構成し、Ａ相，Ｂ相とは磁気的に相互に結合するため、Ａ相，Ｂ相磁気回路の磁気的な結合によるディテントトルクを打ち消す向きに磁場を生成でき、出力として発現するディテントトルクは結果的には小値にすることができる。したがって、Ａ相，Ｂ相磁気回路の磁気的な結合に起因したディテントトルクを抑制でき、設計面から言えば、Ａ相，Ｂ相磁気回路の両者間での磁気的な結合の許容量を大きく得ることができる。その結果、永久磁石の軸方向の全長はより短くすることができ、当該モータの軸方向の全長をさらに低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図６，図７は、本発明の第１の実施の形態を示している。本実施の形態においてステッピングモータは、ロータ２に誘導子３を放射状に配列し、２つのステータ（Ａ相，Ｂ相）がそれぞれ界磁石（永久磁石５）に対してコイル７を軸方向に連ねた２相構造を採る。つまり、円筒形状のハウジング１０（外ヨーク）内に、Ａ相ステータ１ａとＢ相ステータ１ｂとを連ねて組み込み、ハウジング中央には誘導子３有するロータ２を配置して、前後にブラケット１１を嵌め合わせて回転軸４の支持とする構成になっている。
【００２８】
Ａ相，Ｂ相は、回転方向に電気角で９０度を移相させている他は構成が同一であり、回転軸４には複数の突起片を放射状に張り出させ、それら突起片は、外側に位置した円筒形状の永久磁石５がなす磁極６とそれぞれ対面して誘導子３となり、各相ステータ１に配置したコイル７に通電することでＮ極，Ｓ極と順次に磁化する。
【００２９】
永久磁石５は、円筒形状のその内周面を周方向にｎ分割してＮ極，Ｓ極と交互の極に着磁させてあり、それぞれを磁極６にしている。本実施の形態では磁極６は５対１０極とし、これに対して誘導子３は５極となる設定であり、図７はＡ相，Ｂ相ひとつ組の誘導子３に係る部分のみを切り出して示している。なお、磁極６は単体の磁石から成形し、これらを一体に連結することで円筒形状の永久磁石５を形成することもよい。
【００３０】
ハウジング１０およびブラケット１１は、鉄などの軟磁性材料から形成しており、前後のブラケット１１は、円形板材の中央に筒状の軸受け１２を一体に組み付けてある。前後のブラケット１１をハウジング１０に嵌め合わせた状態では、各ブラケット１１の裏側にそれぞれコイル７が位置し、これによりハウジング１０が外ヨークをなし、ブラケット１１の円形板部分が端面ヨーク、そして筒状の軸受け１２が内ヨークとなり、これらが全体で当該モータのヨークとなる構成になっている。
【００３１】
したがって、Ａ相側は永久磁石５が界磁石、コイル７ａが磁束源となり、これらを囲む各ヨークおよび誘導子３ａを巡る閉磁路がＡ相磁気回路となる。そして同様に、Ｂ相側は永久磁石５が界磁石、コイル７ｂが磁束源となり、これらを囲む各ヨークおよび誘導子３ｂを巡る閉磁路がＢ相磁気回路となる。
【００３２】
ここで磁場解析に関して、永久磁石５の磁極６と、その磁極６に対面する誘導子３との関係を次のように定義しておく。回転軸４に対する垂直面において、磁極６が回転中心Ｏとなす角をαとし、そして磁極６に対面する誘導子３の表面が回転中心Ｏとなす角をβとするとき、これらの比は極対面比Ｚとして、
Ｚ  ＝  β／α
と定義する。
【００３３】
本実施の形態では磁極６は１０極なので、回転中心Ｏとのなす角αは３６度であり、誘導子３は５極なので周方向に１／５の磁気回路の機械角は７２度になる。この機械角７２度を電気角では３６０度とし、これによる電気角を用いて説明する。
【００３４】
誘導子３は磁極６と相対する表面形状を、一方の端縁が細幅になる略三角形状に形成してあり、Ａ相，Ｂ相の両者で細幅側を向き合わせとし、図８に示すように、両者の向き合い端が隣り合うズレ位置で互いに突き出て所定量だけオーバーラップする位置関係の設定になっている。この図８には磁極６を横軸方向に電気角で展開して示してあり、誘導子３はＡ相側は電気角で０度および３６０度に位置するもの、Ｂ相側は電気角で９０度および４５０度に位置するものをそれぞれ図示している。
【００３５】
この誘導子３は極対面比Ｚが、
Ｚ  ＝  ０．６
に相当する表面積としており、これは後述する他例４の傾斜形状を軸方向で略中央から分けて一方を折り返したような略三角形状としている。
【００３６】
このような表面形状を採ることで、Ａ相磁気回路の誘導子３ａとＢ相磁気回路の誘導子３ｂは両者の向き合いを軸方向で重なり合う位置関係とするため、重なり合った分だけ永久磁石５の筒長さを短縮でき、当該モータの軸方向の全長を短くすることができ、磁石材料の使用量が減るのでコスト低減の面でも有利である。つまり、誘導子３の形状を一方の端縁が細幅になる略三角形状に形成することで、Ａ相，Ｂ相の両者を機械的な接触を避けた状態でオーバーラップさせることができ、軸方向で部分的に重なり合う位置関係を採るので当該モータの軸方向の全長を短縮することができる。
【００３７】
この場合、誘導子３は極対面比Ｚが０．６に相当する面積なので、前述したトルク特性から分かるように、ディテントトルクは各相単独についての２次成分は略ゼロ値にできる。また、略三角形状の基部縁を電気角で９０度にすると、誘導子３は略三角形状の互いの基部縁が、回転角の位置で見たときはディテントトルクの４次成分について逆相となり、このため４次成分の発生を抑制することができる。
【００３８】
誘導子３の形状は本実施の形態のような略三角形状に限定されるものではない。例えば、図９〜図１２は誘導子３の他例１〜４を説明する模式図である。これら図９〜図１２にあっても図８と同様に、磁極６を横軸方向に電気角で展開して示してあり、誘導子３はＡ相側は電気角で０度および３６０度に位置するもの、Ｂ相側は電気角で９０度および４５０度に位置するものをそれぞれ図示している。
【００３９】
（誘導子３の他例１：細幅形状）
図９に示す誘導子３は、軸方向の幅を細くして細幅形状に形成している。つまりこの他例１では、誘導子３は極対面比Ｚが、
Ｚ  ＜  ０．５
となる設定にしており、これは図示するような細幅形状となる。
【００４０】
このような表面形状を採ることで、Ａ相磁気回路の誘導子３ａとＢ相磁気回路の誘導子３ｂは両者の向き合いを隣り合うズレ位置で互いに突き出て所定量をオーバーラップする位置関係に設定できる。したがって、Ａ相，Ｂ相間で誘導子３ａ，３ｂが重なり合った分だけ永久磁石５の筒長さを短縮できる。
【００４１】
コイル７と鎖交する磁束は電気角３６０度を１周期として変化し、極対面比Ｚはトルク特性に相関がある。極対面比Ｚを小値にすることでは、前述した図４に示すように、鎖交磁束の振幅の減少はそれほど大きくない。鎖交磁束の減少分は、細幅形状とした誘導子３の軸方向長さをほんのわずか長くすることにより補うことができる。また、ディテントトルクの２次成分は、前述した図５から読み取れるように若干大きくなるが、２相構造であることから２次成分は当該モータにおいて相殺し、実用上は不都合にはならない。
【００４２】
（誘導子３の他例２：段差形状）
図１０に示す誘導子３は、周方向に非対称に突起部を設けて段差形状に形成している。つまりこの他例２では、誘導子３は極対面比Ｚが、
Ｚ  ＝  ０．６
に相当する表面積としており、これは周方向について２等分した互いを当該方向にズレ量γだけずらして段差形状としている。
【００４３】
このような表面形状を採ることで、Ａ相磁気回路の誘導子３ａとＢ相磁気回路の誘導子３ｂは両者の向き合いを隣り合うズレ位置で互いに突き出て所定量をオーバーラップする位置関係に設定できる。したがって、Ａ相，Ｂ相間で誘導子３ａ，３ｂが重なり合った分だけ永久磁石５の筒長さを短縮できる。
【００４４】
この場合、誘導子３は極対面比Ｚが０．６に相当する面積なので、ディテントトルクは各相単独についての２次成分は略ゼロ値にできる。また、ズレ量γを電気角で略４５度にすると、誘導子３は段差形状の位置ズレした互いの部位が、回転角の位置で見たときはディテントトルクの４次成分について逆相となり、このため４次成分の発生を抑制することができる。
【００４５】
（誘導子３の他例３：中央が凸形状）
図１１に示す誘導子３は、中央が凸形状に形成している。つまりこの他例３では、上記した他例２の段差形状から一方の張り出し部位を軸方向にずらしたような中央が凸形状としている。そして他例２と同様に誘導子３は極対面比Ｚが、
Ｚ  ＝  ０．６
に相当する表面積になっている。
【００４６】
このような表面形状を採ることで、Ａ相磁気回路の誘導子３ａとＢ相磁気回路の誘導子３ｂは両者の向き合いを隣り合うズレ位置で互いに突き出て所定量をオーバーラップする位置関係に設定できる。したがって、Ａ相，Ｂ相間で誘導子３ａ，３ｂが重なり合った分だけ永久磁石５の筒長さを短縮できる。
【００４７】
この場合も、誘導子３は極対面比Ｚが０．６に相当する面積なので、ディテントトルクは各相単独についての２次成分は略ゼロ値にできる。また、凸形状の肩部の幅γを電気角で略４５度にすると、誘導子３は凸形状の互いの肩部が、回転角の位置で見たときはディテントトルクの４次成分について逆相となり、このため４次成分の発生を抑制することができる。
【００４８】
（誘導子３の他例４：斜めに傾いた傾斜形状）
図１２に示す誘導子３は、周方向で斜めに傾いた傾斜形状に形成している。つまりこの他例４では、誘導子３は極対面比Ｚが、
Ｚ  ＝  ０．６
に相当する表面積としており、これは周方向で斜めに傾けていき、所定の傾斜としたような傾斜形状としている。
【００４９】
このような表面形状を採ることで、Ａ相磁気回路の誘導子３ａとＢ相磁気回路の誘導子３ｂは両者の向き合いを隣り合うズレ位置で互いに突き出て所定にオーバーラップする位置関係に設定できる。したがって、Ａ相，Ｂ相間で誘導子３ａ，３ｂが重なり合った分だけ永久磁石５の筒長さを短縮できる。
【００５０】
この場合も、誘導子３は極対面比Ｚが０．６に相当する面積なので、ディテントトルクは各相単独についての２次成分は略ゼロ値にできる。また、傾斜形状の端縁を電気角で９０度にすると、誘導子３は傾斜形状の互いの端縁が、回転角の位置で見たときはディテントトルクの４次成分について逆相となり、このため４次成分の発生を抑制することができる。
【００５１】
このように、他例１〜４の何れについても同様に、Ａ相，Ｂ相の両者を機械的な接触を避けた状態でオーバーラップさせることができ、軸方向で部分的に重なり合う位置関係を採るので当該モータの軸方向の全長を短くすることができる。そして、極対面比Ｚを適正に設定するので、トルク特性を良好に保つことができ、ディテントトルクは低値に抑え得る。
【００５２】
図１３は、本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態においてステッピングモータは、ロータ２に誘導子３を放射状に配列し、２つのステータ（Ａ相，Ｂ相）がそれぞれ界磁石（永久磁石５）に対してコイル７を軸方向に連ねた２相構造を採り、これらＡ相，Ｂ相の磁気回路は第１の実施の形態と同一の構成になっているが、ロータ２にはＡ相とＢ相の間に第３の誘導子８を設けている。
【００５３】
つまり、第３の誘導子８は、回転軸４の略中央に複数を放射状に張り出させて設けてあり、これらは外側に位置した永久磁石５がなす磁極６とそれぞれ対面し、各相ステータ１に配置したコイル７に通電することでＮ極，Ｓ極と順次に磁化する。本実施の形態では永久磁石５の磁極６が５対１０極なので、誘導子８は５極を設け、磁極６と相対する表面形状を小さな矩形状に形成している。
【００５４】
この誘導子８は、Ａ相誘導子３ａ，Ｂ相誘導子３ｂの略中間に位置し、Ａ相，Ｂ相の両ステータに関して磁気的な間隔が略中間となる位置に配列している。具体的には図１４に示すように、周方向では電気角でＡ相側０度，Ｂ相側９０度に対して−１３５度に配置し、Ａ相側３６０度，Ｂ相側４５０度に対しては２２５度に配置するようになっている。したがって、誘導子８は永久磁石５をＡ相，Ｂ相磁気回路の両者と共有し、新たな第３磁気回路を構成しており、これはＡ相，Ｂ相とは磁気的に相互に結合することになる。
【００５５】
この新たな第３の磁気回路は、永久磁石５をＡ相，Ｂ相磁気回路と共有するので、永久磁石５の軸方向の全長は何ら変更する必要がない。逆に、誘導子３ａと誘導子３ｂとのオーバーラップを大きくした場合、Ａ相，Ｂ相磁気回路の両者の磁気的な結合が密になり、この結合によってディテントトルクが増大するが、これは誘導子８を巡る第３磁気回路により発生する磁場が打ち消す向きに作用し、出力として発現するディテントトルクは結果的には小値にすることができる。
【００５６】
したがって、第３の誘導子８を設けることでは、Ａ相，Ｂ相磁気回路の磁気的な結合に起因したディテントトルクを抑制でき、設計面から言えば、Ａ相，Ｂ相磁気回路の両者間での磁気的な結合の許容量を大きく得ることができることになる。その結果、永久磁石５の軸方向の全長は第１の実施の形態に比べてより短くすることができ、当該モータの軸方向の全長をさらに低減でき、よりさらなる小型化が行える。
【実施例】
【００５７】
本発明の効果を実証するため、図１３に示す第２の実施の形態について磁場解析を行い、トルク特性を検証した。第３磁気回路の誘導子８は、磁極６と相対する表面形状を適宜に設定することで、Ａ相磁気回路とＢ相磁気回路とによって発生するディテントトルクに対して、打ち消す向きの磁場作用を調整でき、出力として発現するディテントトルクが最小値となるように設定することになる。
【００５８】
そこで、永久磁石５の磁化分布は理想状態であると仮定し、極対面比Ｚをパラメータとして解析演算を実行し、誘導子８が発生するディテントトルクの２次成分と４次成分を求めた。その結果、図１５に示す特性を得た。このとき永久磁石５の磁化分布は、磁極６の表面において周回角に対してほぼ正弦波状であるものとしてあり、実際に多極の着磁で得られる磁化分布に近いと言える。また、図１５にはディテントトルクは振幅として規格化単位によりグラフ表示しており、ディテントトルク振幅の正負は、電気角０度でのトルクの正負で定義している。
【００５９】
その結果、図１５に示すように、ディテントトルクの２次成分は、極対面比Ｚが０．５の近辺で極性が正から負へ変化する特性であることを確認した。
【００６０】
ところで、誘導子８を設けない構成では、Ａ相磁気回路とＢ相磁気回路とによって発生するディテントトルクは、電気角で見ると図１６に示すような特性を示す。つまり、Ａ相，Ｂ相磁気回路の磁気的な結合では、ディテントトルクＤ０に沿う波形として本来存在する４次成分Ｄ４の他に２次成分Ｄ２が発生していて、この２次成分Ｄ２の位相は、極対面比Ｚを０．６とした場合に対して電気角で約４５度進んでしまう特性となる。この２次成分Ｄ２の振幅を小さくするためには、Ａ相誘導子３ａ，Ｂ相誘導子３ｂの両者の隙間を広く大きくする必要があり、これがステッピングモータの軸方向の全長を短縮できない原因になっている。
【００６１】
そこで、Ａ相，Ｂ相磁気回路の磁気的な結合によるディテントトルクの２次成分Ｄ２は、振幅に変換すると負なので、第３磁気回路により適宜な正の振幅のトルクを発生させれば、ディテントトルクを打ち消すことができる。特に、図１５から明らかなように、極対面比Ｚが０．２８の近辺では４次成分ＤＷ４の振幅がほとんどゼロとなっているので、極対面比Ｚを０．２８に選定した場合は２次成分ＤＷ２だけをターゲットにした打ち消しが行える。
【００６２】
以上のことから次に、極対面比Ｚを０．２８とし、電気角で表したロータの回転角に対して第３磁気回路が発生するトルクを求めた。その結果、図１７に示すトルク特性を得た。この場合、図１６の２次成分Ｄ２とほぼ同振幅で逆相となっていることを確認した。したがって、図１５の２次成分ＤＷ２を打ち消すことができる。
【００６３】
すなわち、極対面比Ｚの値を適切に設定することにより、第３磁気回路では、Ａ相，Ｂ相磁気回路によるディテントトルクに対して逆相のディテントトルクを発生させることができ、これには第３の誘導子８の表面形状、相対する磁極６との隙間、そして周方向での位置などを適宜に調整すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】ステッピングモータの従来の一例を分解して示す斜視図である。
【図２】図１に示すステッピングモータの断面図である。
【図３】Ａ相，Ｂ相が単独に存在すると仮定した単相動作の解析であり、ディテントトルクの特性を示すグラフ図である。
【図４】Ａ相，Ｂ相が単独に存在すると仮定した単相動作の解析であり、鎖交磁束の特性を示すグラフ図である。
【図５】Ａ相，Ｂ相が単独に存在すると仮定した単相動作の解析であり、ディテントトルクの高調波成分の特性を示すグラフ図である。
【図６】本発明に係るステッピングモータの第１の実施の形態を示す断面図である。
【図７】図６に示すステッピングモータを縦方向に破断して示す斜視図であり、Ａ相，Ｂ相ひとつ組の誘導子に係る部分のみを切り出して示している。
【図８】図７の誘導子について、横軸方向に電気角で展開して示す磁極に対する位置関係を説明する模式図である。
【図９】誘導子の他例１について、横軸方向に電気角で展開して示す磁極に対する位置関係を説明する模式図である。
【図１０】誘導子の他例２について、横軸方向に電気角で展開して示す磁極に対する位置関係を説明する模式図である。
【図１１】誘導子の他例３について、横軸方向に電気角で展開して示す磁極に対する位置関係を説明する模式図である。
【図１２】誘導子の他例４について、横軸方向に電気角で展開して示す磁極に対する位置関係を説明する模式図である。
【図１３】本発明に係るステッピングモータの第２の実施の形態を縦方向に破断して示す斜視図であり、Ａ相，Ｂ相ひとつ組の誘導子に係る部分のみを切り出して示している。
【図１４】図１３の誘導子について、横軸方向に電気角で展開して示す磁極に対する位置関係を説明する模式図である。
【図１５】第３磁気回路を設けた解析モデルについて、ディテントトルクの２次成分と４次成分を演算したグラフ図である。
【図１６】Ａ相，Ｂ相磁気回路の磁気的な結合によって発生するディテントトルクを演算したグラフ図である。
【図１７】第３磁気回路を設けた解析モデルについて、トルク特性を演算したグラフ図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  ステータ
２  ロータ
３  誘導子
４  回転軸
５  永久磁石
６  磁極
７  コイル
８  第３の誘導子
１０  ハウジング
１１  ブラケット
１２  軸受け
【図１】
2007135318.tif 000003
【図２】
2007135318.tif 000004
【図３】
2007135318.tif 000005
【図４】
2007135318.tif 000006
【図５】
2007135318.tif 000007
【図６】
2007135318.tif 000008
【図７】
2007135318.tif 000009
【図８】
2007135318.tif 000010
【図９】
2007135318.tif 000011
【図１０】
2007135318.tif 000012
【図１１】
2007135318.tif 000013
【図１２】
2007135318.tif 000014
【図１３】
2007135318.tif 000015
【図１４】
2007135318.tif 000016
【図１５】
2007135318.tif 000017
【図１６】
2007135318.tif 000018
【図１７】
2007135318.tif 000019